藍芽無線計劃其目標是為了提供一個通行全世界的無線傳輸環境，連結所有的行動設備之間的資料傳輸服務，這些行動設備可以包括有行動電話手機、無線電話(Cordless Phone)、筆記型電腦、個人數位助理器、數位相機、印表機、區域網路等等，皆可透過藍芽系統的無線技術介面來互相連結而彼此做資料的傳遞與交換。近年來，隨著Internet日益蓬勃發展的情況下，對於整合無線通訊與網際網路的應用技術，儼然已成為本世紀相當重要的一個課題。

藍芽科技的緣起

藍芽(Bluetooth)是由Ericsson公司於1994年起所推動的技術開發計畫，目的是為了解決行動電話周邊設備的連線問題。Ericsson體會到通訊標準推廣的重要性，並於1998年5月成立藍芽的特殊小組Bluetooth SIG(Special Internet Group)，聯合Intel、Ericsson、Nokia、Toshiba及IBM等五家資訊及通訊大廠，共同推動標準的制定，希望使Bluetooth成為新一代無線通訊標準。

這五家大廠分別負責不同的研究開發，其中Ericsson負責無線射頻及基頻技術的開發，Nokia則是提供無線技術與行動電話使用軟體的開發，Toshiba與IBM負責可攜式電腦介面規格的開發，而Intel則負責半導體晶片以及傳輸軟體的開發。並積極尋求全球資訊、通訊、半導體及消費性電子等產品廠商的支持及採用，共同參與Bluetooth標準規格之制定。隨著此項技術的推廣，加入SIG的會員於2001年已多達2164家。

藍芽的規格

藍芽技術是一種低功率的無線電傳輸技術，它可以讓不同的產品彼此能夠在短距離的情況下，不須使用有線的傳輸設備，就能進行產品裝置之間的資料溝通傳遞。所以嚴格來講，藍芽技術只能說是一種無線傳輸介面，而不能稱做一種產品。

在藍芽技術中無線電的發射功率為0dBm，傳輸範圍大約為10米左右，而為了讓藍芽技術產品能夠在全球都能隨意使用，頻帶的定訂上使用了全球通用、不需要額外申請的ISM(Industrial、Scientific、Medical)頻帶中的2.45GHz頻段，其頻帶頻率範圍在2.402~2.480 GHz之間。

FHSS展頻技術：

藍芽傳輸技術所採用的是一種跳頻式的展頻技術(FHSS:Frequency Hopping Spread Spectrum)方式，跳頻速率為每秒1600次，此種FHSS的傳輸技術，是將信號透過一系列頻率範圍廣播出去，傳送裝置會先去傾聽頻道(Listens Channel)，當頻道處於閒置狀態時，信號會利用此頻道傳送出去；假若頻道已經在使用當中，傳送端便會跳躍到另一個頻道，因此接收端必須知道傳送端的跳躍程序，並且傳送端與接收端必定要同步切換頻道才可以正常接收資料。

藍芽傳輸功率：

在功率傳送的設計方面，藍芽無線裝置其傳輸功率可從最小的1mW增加到100mW，而傳送功率的大小取決於系統的需求來做設計，如果要達到100mW功率的傳輸時，則必須在射頻前端之前加上射頻功率放大器(Power Amp.)，其增益大約為20 dBm的功率放大。

藍芽裝置之調變技術是採用GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)調變方式，傳輸速率定為1Mbps，而實際資料有效速率最高可達721 kbps。此外，語音的傳輸是採用CVSD(Continuous Variable Slope Delta-Modulation )技術，通訊協定則是採用分時多工(TDMA)協定技術。綜合上述，Bluetooth的技術規格，藍芽會有一些重要特性，參考(表一)所列。

《表一　Bluetooth技術規格重要特性》

Bluetooth無線傳輸規範

藍芽技術所使用的是2.45GHz的無線頻帶，雖然如上所述藍芽技術皆都是使用全球統一的ISM頻帶之中，但是在Bluetooth規範中，各國所開放的應用頻率與頻道數以及上下防護頻帶仍然會有所差異。

Bluetooth Baseband通訊協定格式，因為跳頻速率為每秒1600次，故每個Slot長度為625微秒，Bluetooth跳頻的頻道數量可為79或23個，頻寬為1 MHz的頻道，視個別地區頻譜規範而定。Bluetooth原則上是每傳送一個資料封包即跳到另一個頻道，資料封包傳輸長度可為1、3或5個時間槽(Timeslots)長度。

在藍芽V1.1目前公佈之規範當中，分別對美國，歐洲，西班牙，法國和日本各國對頻道，頻道數以及上下防護頻帶有分別定義如(表二)。

《表二　Bluetooth頻道數及上下防護頻道》

無線傳輸Bluetooth為了適用於不同產品的應用上，除了一般認定的傳輸功率為1mW(0dBm)，無線傳輸距離約在10 m外，並可以加強傳輸功率到100mW(20dBm)，傳輸距離延伸到100m。所以藍芽規範中也分別定義出不同功率和不同等級的規劃，並可分為三種不同的Power Class。不同的Power Class，於電路的設計上須要依實際加上功率放大並調整之。藍芽技術現在的功率分級有三級，參考(表三)。

《表三　Bluetooth功率可分為三級》

藍芽的技術架構

Bluetooth系統架構可分為：Radio & Baseband、Link Manager & L2CAP、Host Controller Interface、Application Framework & Support等四個層次類別：(圖一)

《圖一　Bluetooth技術架構圖》

a. Radio & Baseband：

純粹是硬體模組的設計，具有射頻處理和基頻調變的功能。Radio射頻模組(RF Module)主要負責頻率的合成、資料轉換和雜訊的過濾；Baseband基頻處理則負責訊息的編碼和加解密編碼、跳頻以及封包的處理部份。

b. Link Manager & L2CAP：

相當於底層通訊協定的功能(如Physical layer、MAC layer)，Link Manager所負責的是Baseband連結的設定、釋放及管理；L2CAP負責封包切割與組裝(Segmentation & Reassembly)、通訊協定多工處理(Multiplexing )、服務品質(QOS)等服務功能，以上通常以韌體的形態存放在射頻模組硬體中。

c. Host Controller Interface：

為用來界定Bluetooth與Host設備之間連結界面的控制指令，在HCI這部份一般大概我們可以分為USB、RS232、UART此三種介面需求。

d. Application Framework & Support：

則是依據語音、數據、控制等應用需求，提供應用軟體所需的通訊協定功能與應用程式介面，在此層面下又包括有RF Comm、SDP(Service Discovery Protocol)、TCS(Telephone Control Service)，此三種的架構，其負責不同的技術任務：1.RF Comm：提供可靠的資料流，管理多個同時的連線，並模擬傳統的序列埠，以便於讓傳統的序列埠通訊的各種應用可以不經過修改而可以繼續適用；2.SDP：主要是在負責服務尋找；3.TCS：則負責使藍芽的設備能夠與傳統的電話類產品緊密結合。

微微網與資料封包

此外，Bluetooth藍芽傳輸範圍網路一般稱為微微網(Piconet)，微微網是由一個主裝置(Master)和最多七個從屬裝置(Slave)來組成。Master掌管此一個Piconet通訊協定的運作，當然Master也可以是其他Piconet的Slave，Slave也可以是其他Piconet的Master。由此一個微微網可以聯合另一個微微網，而形成一個較大的無線網路形態，參考(圖二)。

《圖二　微微網Piconet構成》

藍芽頻帶被區分成時間槽，在射頻當中，每一個時間槽對應一個跳頻，使用雙向溝通時間切割(TDD)方法；Master發射時，是使用偶數位的時間槽，而Slave則使用奇數位時間槽。在微微網當中，聲音及資料位元的傳輸是使用封包的方式來處理傳送，傳送時可以利用一個，三個或五個時間槽來傳輸。

封包的組成形式包含有Access Code、Packet Header、Payload三部份，其中Access Code是由Preamble、Sync Word、Trailer構成；而Packt Header包含有微微網的位址與封包資訊，Payload則負責攜帶使用者的語音訊號式資料數據，參考(圖三)。

《圖三　資料封包結構》

藍芽系統晶片

藍芽無線裝置目前技術發展，有些成品廠商已經推出所謂的原型產品，以期望能夠取得市場先機。由於無線傳輸技術的日益發展，在個人及辦公室通訊上無線傳輸越來越趨重要，國內各大廠商無不希望早日推出真正能夠使用的Bluetooth產品，以取得市場龐大的商機。不過依據報導分析，預料藍芽產品真正能普遍使用於資訊和通訊產品，大約需等到西元2002年左右，主要是產品的成本以及技術的困難度，都須要急待解決！

在藍芽元件開發設計方面，目前已有多家廠商積極的投入當中，其中包含有Ericsson、Nokia、Philips、CSR、Silicon Wave、Toshiba等知名大廠。大部份的廠商都希望以特殊的高頻和半導體技術來進行完成單一晶片的開發目標，但是短期的現況，皆以兩個或三個晶片分開來完成。而現在藍芽的晶片組，元件模組的價格大都在20~30美元上下，距離目標價格5美元以下，尚有一段相當大的差距。

藍芽的系統結構依照硬體的組合，可以分成兩個部份：一為屬於類比的射頻無線電部份，另一為數位處理部份的藍芽控制器。(圖四)

《圖四　藍芽系統方塊圖》

類比射頻無線電：

包括有接收端和發射端部份，大致可由低雜訊放大(LNA)、中頻濾波器(IF Filter)、類比與數位轉換(A/D and D/A)、高斯調變器(Gaussian Modulator)、鎖相回路(PLL)、頻率合成(Frequency Synthesizer)、電壓控制振盪器(VCO)等所組成。主要功能為接收和發射高頻訊號、射頻訊號之升降頻、調變與解調變訊號。

數位處理控制器：

包括有基頻部份(Baseband DSP)、微處理器(uP)和記憶體(Memory)，主要是執行藍芽系統的規格與訊號的控管，微處理器目前大都使用16 Bit精簡指令集的內崁式微處理器，例如ARM、MIPS等CPU Core。

一般藍芽晶片裝置在HCI方面，都會有提供UART、USB、PCMCIA等不同的介面，此三種介面是與主機設備之間的溝通，如今隨著SOC(System On Chip)的發展，預計未來各大廠將會朝著All in one的單一晶片方案發展，以期達到低成本小體積的目標。

藍芽無線模組

目前各半導體大廠也分別對藍芽無線短距離傳輸裝置研發相關的晶片組，這些半導體廠有CSR、Ericsson、Philsar、Silicon Wave、Philips、Mitel等，基於目前的藍芽裝置都必須通過SIG的認証，而且在無線電的技術研發門檻較高，一些相關的半導體廠商紛紛已都朝向藍芽模組化做設計進行，以便於相關產品的整合研發。

雖然各廠商已經推出藍芽裝置的各種解決方案，但藍芽至今仍僅有少數產品出現，而且也尚未達到量產規模，主要原因應該是互通測試尚未完成。Bluetooth技術的應用範圍非常廣泛，可是受限於價格現在仍然偏高，尤其跟其他競爭技術相比，例如紅外線IrDA晶片售價在1~2美元，因此各種應用的推出將會受限於價格因素，而有先後順序。

至於各大廠所研發的藍芽晶片或模組，已有過相當多的這方面的報導，在此就不再做詳細的描述，我們可以從(表四)中大致了解各廠所研發的藍芽晶片組做一比較。

《表四　藍芽晶片組廠商產品比較》

Bluetooth的產品應用

藍芽無線裝置其最終的目地，是在整合一個通行於全世界的短距離無線電連結，其應用範圍橫跨了通信、電腦周邊、資訊家電、消費電子、網路、汽車等不同的領域。因此，在規劃此無線連結系統當初，為了確保無線電連結的互通性與正確性，藍芽特別定出一些使用模式，而分別的定義在Profile當中。

這些藍芽的應用使用模式有：Computer to Computer File Transfer、Dialup Networking、Automatic Synchronizer、The Three In One Phone、Ultimate Headset、PC Speaker Phone、Cordless Desktop、Computer、Instant Postcard、Hidden Computing、Handsfree Car Kit、Internet Bridge、Interactive Conference等。

在Bluetooth的規範之中，分別對上述的使用模式概分成不同的應用Profile，包括有Generic Access profile、Transport profiles、Telephony profiles、Object exchange profiles、LAN access profile等類別，下面就對這幾個Profile做大致的描述。

1.Generic Access profile：為所有應用之基礎定義，以確保Bluetooth基本傳輸功能的正確性。

2.Service Discovery Profile：規範Bluetooth裝置尋找連結裝置的程序。

3.Transport profiles：提供資訊傳輸格式及程序的規範，支援Serial Port Profile與General Object Exchange Profile兩種規範。

4.Telephony profiles：則是針對電話傳輸及界面所訂定的規範，包括有Cordless Telephony、Intercom、AT commands based Serial Port、Dial-up networking、Fax及Headset等應用。

5.Object exchange profiles：為用來支援資訊物件傳輸的規範，如Object Push、File Transfer、Synchronisation等應用。

6. LAN access profile：則是規範Access Point的應用，連結Bluetooth裝置與網路資源的介面。

在藍芽無線短距離傳輸系統中，實際產品的應用，我們大概可以把它分成五大類的基本應用：

1.網際網路方面：可以直接應用於手機和筆記型電腦上，而取代以前利用手機連接網際網路時必須購置的一些設備。

2.資料的同步：在不同的設備裝置，例如PDA、Notebook、Computer、Cell Phone等，都可以透過藍芽的無線傳送裝置很容易的進行資料的同步。如果設定好後，使用者可以不用理會的狀態下，時間一到自動喚醒連結的裝置，進行資料的同步接收傳送。

3.電纜線的替代：由於無線的傳輸的方式，在不同的裝置設備或者是同類的裝置，皆可由藍芽的傳輸進行資料的交換，而不須要任何電纜線(Cable)的連接。

4.資料的交換：資料上的交換上，除了電腦與電腦之間的資料傳輸外，也可以做數位相機和手機，及PDA等設備的資料交換。

5.三合一的手機應用：結合Bluetooth、GSM及GPS的應用手機，在未來的手機市場必定會出現，此類的手機除了資料傳輸交換外，也可以做電話機的轉接，例如在辦公室與公司的電話連結，在家裏與家裏的電話連結。

藍芽的未來發展

最近幾年來，個人行動通訊的日新月異的發展，人們對於資訊之擷取需求越趨重要，尤其藍芽技術強調了通訊與資訊的結合，連結了電腦設備、手機、PDA以及電腦周邊設備，更使得無線行動通訊與資訊上網提供一個寬廣的前景。藍芽技術因強調體積小、價格便宜、易於使用，而普遍的為大家所青睞，假如藍芽技術的實用產品成熟，應能普遍應用於短距離的無線通訊環境。相信也對整個通訊和資訊產品生態，必定會造成不少的衝擊，對於人類的生活便利性也會有相當程度並有深遠的影響。

現在於藍芽裝置規格發展，SIG特殊網際網路小組正在積極的釐定推廣其藍芽系統規格，自Bluetooth 1.0a於July 1999公佈後，Bluetooth相繼公佈並更新為Bluetooth 1.0b以及Bluetooth 1.1版本；近來，又為了藍芽系統裝置其完整性和應用上的互通與正確性，SIG小組正在研究進行Bluetooth 2.0版本，以期能達到資料傳輸率可以超過1Mbps以上。

Bluetooth SIG已有九個工作小組研究在Bluetooth 2.0版本內加入新安裝導引的可能性，並且會改變無線電通訊規範，無線通訊規範的改變，會使尖峰數據傳輸率提昇，尖峰數據傳輸率會從目前的1M bit/s有效值721K bit/s增加到2 ~ 12M bit/s，主要的調變GFSK由原本的二級改變成四級的方式。這樣的改變會大幅度的減少Bluetooth與其它無線電技術之互相干擾。此外安裝導引的加入，現在工作小組正在判定各式各樣的目標市場的必須規範，他們希望於2000年底可以完成，但是在時間上的困難點無法突破的同時，這一新安裝導引很可能會延遲到2001年下半年才會完成。